Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

Нервную деятельность живых организмов часто изучают на примере пресноводных раков. В случае неминуемой угрозы у рака срабатывает очень важный рефлекс, который можно было бы назвать «прыжок на хвосте назад», — рак делает мощный гребок хвостом и, отскочив назад, избегает опасности. Мускулы, позволяющие сделать такой прыжок, срабатывают при получении сигнала от гигантского нервного волокна, расположенного у рака в брюшке. Отдельные предостережения от органов чувств об угрозе — будь то всплеск воды или тычок хищника — поступают по разным нервным волокнам к этому огромному волокну (оно называется брюшной нервной цепочкой), а места соприкосновения нервных волокон называются синапсами. Брюшная нервная цепочка, в свою очередь, пересылает информацию мышцам, когда количество импульсов от органов чувств, поступающих одновременно, достигнет критической массы — примерно так внезапный шквал звонков в службу спасения заставляет предположить, что случилось нечто действительно неприятное.

Ученые много лет бились над одним из аспектов этого рефлекса: как все эти сообщения от органов чувств попадают к гигантскому нервному волокну в одно и то же время, если воздействие происходило в самых разных уголках тела рака? Если бы сигналы о раздражении поступали с разными интервалами, брюшная нервная цепочка так никогда и не среагировала бы, поскольку отдельные части тела рака постоянно подвергаются некоему воздействию извне, и только когда все тело испытывает раздражение одновременно, это расценивается как угроза.

Почему это воспринимается как загадка? А потому, что органы чувств у рака очень разной длины. Две его антенны, шевелящиеся в воде, длиннее всего тела, а микроскопические усики, растущие из головы, намного короче. К тому же импульс о раздражении может возникнуть на любом участке антенны, а иногда и на нескольких участках сразу. И если бы все эти сигналы тревоги достигали синапсов в разное время, механизм реакции на раздражитель не был бы запущен. Хотя расстояния, преодолеваемые импульсами, чрезвычайно малы, рефлекс срабатывает за пятидесятую долю секунды, и, если бы одним импульсам пришлось проходить путь вдвое длиннее, чем другим, и тратить на это вдвое больше времени, рак никуда и не отпрыгнул бы.

Так или иначе, ученым все же удалось установить, что импульсы в организме рака синхронизируются и поступают в брюшную нервную цепочку одновременно. Но как это происходит?

Загадка была разгадана в 2008 году. Измерение скорости передачи нервных импульсов показало, что импульсы от кончиков антенн движутся быстрее, чем импульсы, возникшие ближе к месту соединения антенны с телом. То есть если один и тот же всплеск воды одновременно запускает импульсы в разных точках антенны, то сигнал от сенсоров, расположенных ближе к телу рака, плетется медленнее и поджидает, когда его догонят сигналы из более отдаленных участков, с тем чтобы они все смогли достигнуть пункта назначения одновременно.

Из такого объяснения может показаться, будто это сложный процесс, однако на практике синхронизация достигается довольно просто. Скорость движения импульса по нервному волокну связана с диаметром волокна. Нервные волокна в антеннах рака по мере приближения к телу увеличиваются в диаметре, в результате импульсы, подобно застенчивым подросткам, приходящим на вечеринку не по одному, а сразу кучей, прибывают к гигантскому волокну одновременно и приводят в действие рефлекс.

Мой сосед — липкая волосатая тарелка

Еще лет двадцать — тридцать назад выводы о том, какие виды в царстве животных родственны друг другу, делались на основе сравнения форм, размеров и других внешних характеристик особей, их костей и внутренних органов, то есть их морфологии. Но революция в области генетики, обогатившая нас знанием о том, что все в живом организме обусловлено генами в его ДНК, привела к удивительным открытиям, касающимся взаимоотношений между разными существами. Под «взаимоотношениями» мы в данном контексте подразумеваем следующее: находятся ли животные на одной и той же ветви или располагаются на соседних ветвях древа жизни — схемы в виде ствола с крупными ветвями и более мелкими веточками, составленной на основе наших познаний в области биологии и палеонтологии.

Чарльз Дарвин писал: «Зеленые ветви с распускающимися почками представляют существующие виды, а ветви предшествующих лет соответствуют длинному ряду вымерших видов. В каждый период роста все растущие ветви образуют побеги по всем направлениям, пытаясь обогнать и заглушить соседние побеги и ветви точно так же, как виды и группы видов во все времена одолевали другие виды в продолжительном жизненном столкновении»[44].

Побеги на древе жизни отображают те виды, которые существуют на Земле в наши дни. Два соседних побега являют собой два более близких друг к другу (и, как правило, более похожих) вида, чем два побега, расположенных по разные стороны ствола.